Žáruvzdornost a tepelná odolnost jsou důležité vlastnosti ocelí

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Tepelná odolnost a tepelná odolnost jsou velmi důležité vlastnosti. Některé strojírenské výrobky pracují ve velmi obtížných podmínkách při zvýšených teplotách. Konvenční konstrukční oceli po zahřátí prudce změní své mechanické a fyzikální vlastnosti, začnou aktivně oxidovat a tvořit okují, což je zcela nepřijatelné a vytváří hrozbu selhání celé sestavy a možná i vážnou havárii. Pro práci při zvýšených teplotách vytvořili materiáloví inženýři s pomocí metalurgů řadu speciálních ocelí a slitin. Tento článek poskytuje jejich stručný popis.

Žáruvzdorné oceli

Mnoho lidí spojuje pojem tepelná odolnost s pojmem tepelná odolnost. Za žádných okolností by se to nemělo dělat. Tepelná odolnost se také nazývá červená křehkost. A tento pojem znamená schopnost kovu (nebo slitiny) zadržovatvysoké mechanické vlastnosti při práci za zvýšených teplot. To znamená, že takový kov, i když se zahřeje do červena (je typické pro teploty nad 550 °C), nebude tekat a zachová si dostatečnou tuhost.

Zjednodušeně řečeno, tepelná odolnost je schopnost materiálu zachovat si výkon při zahřátí na vysoké teploty. Běžné konstrukční oceli se i při mírném zahřátí stávají tažnými, což vylučuje možnost jejich použití pro výrobu produktů pracujících za vysokých teplot.

Různé druhy kovů a slitin mají různou tepelnou odolnost. Tento indikátor závisí na chemickém složení materiálu. Zkoušky tepelné odolnosti lze provádět po dlouhou dobu. Nejčastěji se však vzorky zahřáté v peci na určitou teplotu testují na tah po krátkou dobu.

Žáruvzdorné oceli

Tepelná odolnost, na rozdíl od tepelné odolnosti, je schopnost materiálů odolávat rozvoji korozních procesů při práci za vysokých teplot. Běžné oceli, pokud jsou vystaveny teplu (s výjimkou tepelného zpracování v ochranné atmosféře nebo ve vakuu), začnou oxidovat. Navíc při dlouhodobém zahřívání začne uhlík na povrchu produktu vyhořet. V důsledku toho je povrch ochuzen o uhlík, což vede k prudké změně mechanických vlastností (především tvrdosti) na povrchu. Odolnost proti opotřebení klesá. Dostává takový negativní vývojfenomén, jako tyran. Tato skupina ocelí může pracovat při teplotách kolem 550 °C.

Pro zvýšení tepelné odolnosti oceli je její tavenina legována křemíkem, hliníkem a chromem. Někdy stačí zvýšit tepelnou odolnost povrchu součásti. V tomto případě se v práškovém médiu přistupuje ke silikonizaci nebo aluminizaci (nasycení povrchové vrstvy atomy křemíku, resp. hliníku).

Materiály s vysokým bodem tání

Při provozu při zvláště vysokých teplotách nelze uvažované materiály použít, protože při teplotě v oblasti 2000 °C začíná docházet k tání (uvolňuje se kapalná fáze). Pro tyto účely se používají žáruvzdorné kovy: wolfram, niob, vanad, zirkonium a tak dále. Tyto materiály jsou poměrně drahé, ale inženýři pro ně ještě nenašli vhodnou alternativu.

Charakteristika slitin na bázi chrómu a niklu

Slitiny s vysokou tepelnou odolností jsou velmi žádané v energetice (lopatky parních turbín, části leteckých motorů atd.). Navíc potřeba takových materiálů neustále roste. Výroba navíc vyžaduje, aby vědci získávali stále pokročilejší materiály, které si udrží svůj výkon i při velmi vysokých teplotách. Proto se neustále pracuje na zvýšení tepelné odolnosti. Přispívá k tomu nikl, respektive legovaná ocel tímto prvkem.

Všechny žáruvzdorné ocelijsou legovány niklem (ne méně než 65 %). Chrome je nutností. Obsah tohoto prvku by neměl být nižší než 14 %. Jinak bude kovový povrch intenzivně oxidován.

Oceli jsou dodatečně legovány hliníkem, vanadem a dalšími žáruvzdornými prvky. Například hliník je i při pokojové teplotě pokryt tenkým oxidovým filmem, který zabraňuje pronikání koroze hluboko do kovu. To znamená, že se nevytváří žádné měřítko.